毕业设计论文：煤洗水的环保处理的设计.doc

摘 要煤泥水是煤矿湿法洗煤加工工艺的工业尾水,其中含有大量的煤泥和泥砂,给矿区附近的环境造成了严重的污染。同时煤泥水系统的管理历来是洗煤厂工作的重点和难点，是选煤厂实现洗水闭路循环，确保清水洗煤的关键环节。本文通过对国内外煤泥水处理的研究现状入手，首先介绍了陶一矿洗煤厂煤泥水概况、煤泥水的处理方法和洗煤厂一般工艺流程，从而进一步阐述当前选煤产品在要求愈加严格、选煤工艺的愈加复杂、选煤厂的大型化愈加明显，以及水资源的愈加珍贵和环境保护标准的愈加苛刻下煤泥水处理已经变成了整个选煤工艺中涉及面最广、投资最大、最复杂、最难管理的工艺环节。煤泥水处理及煤泥脱水回收是选煤厂生产的重要环节,是降低洗水浓度,实现洗水闭路循环的关键。煤泥水的处理不仅关系到选煤厂的正常生产和发展,而且影响着选煤厂节水,充分回收煤炭资源,保护生态环境等经济效益和社会效益。关键词：煤泥水处理；煤泥脱水；工艺流程；洗水闭路循环目 录1 绪论11.1选题意义11.2国内外煤泥水处理研究现状11.2.1国外煤泥水处理现状11.2.2国内煤泥水处理现状22 陶一矿洗煤厂概况52.1陶一矿煤质情况52.2陶一矿洗煤厂生产工艺流程52.3陶一矿洗煤厂的主体分选车间62.4陶一矿洗煤厂煤泥水处理73 煤泥水介绍93.1煤泥水概况93.2煤泥水的产生93.3煤泥水污染特性93.4煤泥水治理目标104 煤泥水处理方法与种类114.1煤泥水的性质及其对选煤工艺的影响114.1.1循环水浓度对洗选效果的影响114.1.2循环水浓度对分级、脱水工作的影响114.1.3循环水浓度增加给选煤工艺带来的严重后果114.2粗颗粒煤泥水的处理124.2.1分级原理124.2.2常用的分级设备124.2.3常用粗煤泥回收流程164.3细颗粒煤泥水的处理194.3.1 浓缩浮选流程194.3.2直接浮选流程244.3.3半直接浮选流程274.4极细颗粒煤泥水的处理284.4.1凝聚及凝聚原理284.4.2絮凝及絮凝原理284.4.3常用的浮选药剂294.4.4 极细粒煤泥水的处理流程315 洗水闭路循环335.1选煤厂洗水闭路循环的三级标准335.2 实现洗水闭路循环的途径335.3 实现洗水闭路循环的效益356 展望煤泥水发展去向36结 论36参考文献38致 谢391 绪论1.1选题意义煤泥水是湿法选煤所产生的工业尾水，其中含有大量的煤泥颗粒，是煤矿的主要污染源之一。我国是煤炭生产和消耗的大国，煤炭作为第一能源，在一次能源消耗的结构中占76%。虽然我国原煤入选率比较低，仅为38%，目前全国每年选煤用水量约8.4 亿 m³，占全国工业用水量的0.74%。虽然近几年大多数选煤厂装备了一些水处理设备，煤泥水的闭路循环率达到了86.63%，但由于技术、资金等方面的原因，每年仍有约4000万m³的煤泥水排放，约占全国工业废水的0.1%左右。煤泥水的外排，严重污染了煤矿周围地区的环境。据调查，我国 532 条河流中，有 82%受到污染，其中30条500km以上的河流中有18条受到煤泥水的污染。煤矿煤泥水的直接排放，不仅严重地污染了周围的环境，而且还会造成大量煤泥的流失。煤泥水经适当处理后用于洗煤，不仅解决了环境污染问题，而且还会为企业带来显著的经济效益，其中包括回收煤泥所得、节省洗煤用水的水费和免交的排污费。我国是水资源僵乏的国家，人均水占有水资源量近 2260m³，仅为世界人均水占有水资源量的1/3左右。由此可见，煤泥水已成为煤炭工业的主要污染源和煤炭损失源之一。随着对选煤产品的要求愈加严格、选煤工艺的愈加复杂、选煤厂的大型化愈加明显，以及水资源的愈加珍贵和环境保护标准的愈加苛刻，煤泥水处理已经变成了整个选煤工艺中涉及面最广、投资最大、最复杂、最难管理的工艺环节。煤泥水的处理与回用不仅对环境保护具有重要意义，同时具有显著的经济效益和社会效益。因此研究陶一矿洗煤厂煤泥水处理及洗水闭路循环有更为重要意义。1.2国内外煤泥水处理研究现状煤泥水治理的目标就是泥水分离，即不仅要得到清洁的水，而且还要得到含水率低、易于脱水的煤泥。多年来，世界各国环保专家始终将煤泥水的处理与回用做为矿山废水处理的一个重点内容进行专项研究。1.2.1国外煤泥水处理现状目前，世界上一些产煤大国如俄罗斯、美国、德国、英国、澳大利亚、乌克兰、南非、波兰等基本上实现了煤泥水的零排放，分离出来的煤泥也得到了有效的利用。这些国家的原煤煤质总体较好，分选方法先进，选煤设备性能可靠，产生的煤泥水适当处理后即能满足洗煤的要求。采用的处理基本工艺是：煤泥分选尾矿浓缩压滤。煤泥分选设备性能的优劣直接影响煤泥水的性质及处理的难易程度。近几年，世界各国非常重视高效煤泥分选设备的研制与开发。美国 Yang D C研制开发扬氏填充式跳汰机，能够有效分选小于 25m微细颗粒，并具有较好的脱硫降灰的功能。澳大利亚研制的 Kelsey 离心跳汰机可分选 0.0630.038mm 的煤泥。美国研制的 Falcon 离心分选机，工作时产生的离心力为 300g，可有效分选 0.60.043mm的煤泥。澳大利亚研制的干扰床层分选机（TBS）利用干扰床层实现按密度分层，分选最佳粒度范围为 0.25mm。重介质旋流器自上世纪 40 年代问世以来，经不断改进与发展，其基本结构形式和性能发生了很大变化，除传统型旋流器外，目前还出现了平底型和切线排料型旋流器等。研究表明，切线排料的平底型旋流器的入料量和底流排量比传统型旋流器分别高 21%和75%。圆筒形重介旋流器在近 20 年里得到了较大的发展，出现了有压入料的涡赛尔旋流器和无压给料的戴纳型重介旋流器（D. W .P）。澳大利亚 JK 矿业中心研制成功的 JKDMC 新型结构重介质旋流器，采用超细磁铁矿介质（小于 90m）分选煤泥，对 10.125mm 或 0.50.125mm 粒级取得了较好的分选效果。Custom 煤炭总公司的初步实验表明，采用微细磁铁矿粉重介质旋流器工艺可以有效地处理 0.1050.025mm 级粉煤，但介质回收问题尚未根本解决。南非的研究人员提出，分选小于0.075mm的粉煤，介质的粒度组成中小于 0.01 mm的含量必须大于50%才能取得良好的分选结果。煤泥浓缩目前国外常采用的设备有耙式浓缩机、深锥浓缩机、煤泥沉淀池等。耙式浓缩机用于煤泥水或浮选尾煤水的浓缩及澄清。深锥浓缩机用于处理各种煤泥水（特别是浮选尾煤）以得到高浓度的沉淀及洁净的溢流。煤泥沉淀池主要用于回收煤泥或浮选尾煤以及澄清滤液和离心等。煤泥沉淀池包括分段沉淀池、通用煤泥沉淀池和尾矿场。耙式浓缩机在国外使用较多，不仅处理能力大，而且溢流水质也好。例如在澳大利亚南Walker Greek煤矿，原煤处理量为600t/h的重介质选煤厂（入料范围 600mm ），仅设一台 14m直径的耙式浓缩机，即可以处理全厂1140m³/h的尾矿，并实现洗水闭路循环。多数煤泥浓缩需要投加凝聚药剂，强化煤泥的沉淀与浓缩。投加的凝聚药剂主要有铝盐、铁盐混凝剂和有机高分子絮凝剂， 如非离子型的聚丙烯酞胺等。Schroeder 等人早在 1984年就详细地研究了细粒级煤泥水的胶体稳定性和铝盐混凝剂对煤泥水的脱稳凝聚作用由于入选的原煤性质较好，分选后的煤泥水处理难度不是很大，而且国外发达国家煤泥水的处理系统都比较完善，因此，煤泥水得到了有效的处理，基本实现了闭路循环。1.2.2国内煤泥水处理现状我国是产煤大国，虽然原煤入选率低于世界平均水平，但原煤入选量和入选率还是有很大程度的地提高。煤泥水的处理与回收与原来相比也有了长足的进步，煤泥水的闭路循环率有了很大的提高。当前，我国的选煤技术水平完全能够为各种类型选煤厂提供成熟完善的煤泥水处理全套技术和装备，实现洗水闭路循环。煤泥水系统通常包括以下工艺环节:煤泥分选尾矿浓缩压滤，缺少其中任何环节，都不能构成完善的系统。实践证明，不完善的煤泥水系统都无法实现洗水闭路循环。我国选煤厂应用的几种典型煤泥水流程及其优缺点如下表1-1。表1-1 典型煤泥水处理流程煤泥水流程优点缺点应用场合直接浮选尾煤浓缩压滤易于洗水闭路;精煤得到充分回收:经济、环境效益好投资大;运行成本高大中型炼焦煤选煤厂煤泥重介选尾煤浓缩压滤粗煤泥分选精度高，投资较小粗煤泥回收下限0.lmm，尾煤量大全重介、难浮选煤泥选煤厂煤泥水介重力选粗煤泥直接回收细煤泥浓缩压滤投资和运行费用比直接浮选尾煤浓缩压滤流程稍低适于分选密度在1.6kg/L以上的易选粗煤泥;细煤泥量大、脱水困难动力煤选煤厂及小型炼焦煤选煤厂 煤泥水浓缩直接回收投资较小经济效益低;煤泥脱水困难，设备用量大;洗水闭路难度大动力煤选煤厂及小型炼焦煤选煤厂煤泥沉淀池投资小，生产费用低洗水不能闭路;环境污染严重;小型炼焦煤选煤厂 “八五” 以来，我国选煤工业整体水平得到迅速提高，但是与发达国家相比还有大差距，煤泥水处理技术和装备尚不能满足各种类型选煤厂低投资和低运行费用的要,还有 13%的选煤厂未实现洗水闭路循环，尤其是小型选煤厂。为了彻底杜绝选煤厂外排煤泥水，并满足发展动力煤洗选的煤泥水处理要求，除了进行细粒煤泥水设备系列化、提高大型设备可靠性研究之外，还需要重点开发适于动力煤选煤厂水介质煤泥重力分选技术、提高浮选上限技术，加强高效浓缩机的研究、先进技术设备的集成化研究和煤泥分选与煤泥水处理装备的模块化研究，以节约资源，保护环境，提高效益。煤泥水处理技术目前存在的常见的问题及原因总结如下: 1)工艺流程越来越复杂，但煤泥水依然不澄清。其原因在于大量粘土矿物在水中容易密集的单元晶层，这些微细颗粒表面还带大量电荷，这类型往往几天都不能澄清，所以细粒煤因此能够稳定悬浮于煤泥水中。厂有限的沉降面积和沉降时间不能实现煤泥水彻底澄清。 2)药剂越来越昂贵，药剂成本限制了煤泥水澄清。微生物絮凝剂只是处于试验研究，选煤厂应用最多的还是合成絮凝剂。煤泥综合利用途径应进一步探讨，目前煤泥综合利用的途径较少，绝大部分地区都是以较低的价格卖给附近居民作燃料。有些地区由于运输和地理环境等因素，致使回收的煤泥堆积如山卖不出去，雨水冲刷又流进水体中，影响了煤泥水治理的积极性。因此，进一步研究煤泥综合利用的新途径，提高煤泥综合利用的经济效益，是治理煤泥水污染的基本保证。2 陶一矿洗煤厂概况冀中能源邯矿集团陶一煤矿于1976年建成投产，设计能力为30万吨/年。生产煤种为无烟煤，近年矿井经过技术改造，原煤产量已达到60万吨/年。该矿选煤厂始建于1997年，主要入洗本矿原煤，开始设计能力为21万吨/年，是一个十分简易的小型选煤厂。经过十几年的技术改造，特别是2002、2004、2005、2008年的四次改造，基本达到了现在的规模。2010年又新建了煤泥浮选车间。现全厂共有四个车间，即：破碎车间，跳汰车间、浮选车间、压滤车间。目前在册职工97名，其中管理人员8名。生产工艺采用跳汏浮选联合分选，浮选尾煤一段浓缩、压滤回收的工艺。生产的主要品种有洗大块、洗中块、洗小块、洗粒煤、洗末煤及中煤和煤泥两个副产品。2.1陶一矿煤质情况陶一选煤厂主要的煤种为4号无烟煤，该煤物理强度高，煤质较硬，主要用于炼钢，属煤炭精加工。原煤发热量在4000大卡左右，灰分一般在35左右，全水在9左右，全硫在0.5左右。 陶一选煤厂的煤种质量大体上质量还是很好的。2.2陶一矿洗煤厂生产工艺流程陶一矿毛煤经箕斗提升上井后，由原煤分级筛分级，筛上大块矸石和杂物由人工手选，大块煤经破碎后和筛下煤混合进入原煤仓（场）储存待洗。原煤由跳汰机分选后，中煤和矸石分别由斗子提升机脱水后混合进入分级筛分级，筛上物作为洗矸进入矸石仓由汽车外运，筛下物再经中煤脱水筛后作为最终中煤落地销售。洗精煤经脱水分级筛脱水后，筛上物作为粒级煤再经两个分级筛分级为洗大块、洗中块、洗小块、洗粒煤分别进仓储存销售。筛下物进入捞坑。末煤由捞坑斗子提升机提升脱水后，再经振动筛脱泥和离心机脱水后进入精末煤仓存储销售。捞坑溢流直接去浮选车间，煤泥经浮选机分选后，精煤由一台快开压滤机脱水后，和跳汰精末煤混合进入精煤仓，尾煤水至浓缩机沉淀浓缩。底流泵入压滤车间由两台板框压滤机脱水后直接销售。滤液返回作为循环水。见图2-1。图2-1陶一矿洗煤厂生产工艺流程2.3陶一矿洗煤厂的主体分选车间破碎车间:将大块的原煤经过直辊式破碎机破碎，最后被运送到原煤皮带上，和筛下物一同运输到储存仓，经储存仓运送到跳汰机上。主要设备包括：刮板机(洗块配仓、洗沫运输)、破碎机（矸石破碎）、皮带机（洗混块入仓、洗沫运输）。跳汰车间工艺流程：我厂采用原煤混合入洗，块末按 4：6 配比。原煤由仓下给煤机给到皮带上，由皮带运入主厂房，皮带将原煤转运到锚链，由锚链将煤平均分配到跳汰机的缓冲仓，而皮带将原煤通过带挡板的溜槽给入跳汰机的缓冲仓。通常情况下，原煤入缓冲仓后，通过皮带经吸铁器，借助于磁力将磁性矿物和非磁性矿物分离，将分离后的非磁性矿物给入主洗跳汰机进行分选作业。经过跳汰机的分选，将原煤分选成矸石，中煤和精煤。矸石由跳汰机一段排出，由跳汰机的辅助设备矸石斗子提升机进行脱水，并且将矸石提升到锚链，然后经过转载由皮带送入矸石仓，矸石仓中矸石定期由汽车运到风选厂存放。中煤同样用斗子提升机脱水，由转载到斗子提升机，提升到破碎机进行破碎，破碎后入再洗跳汰机进行中煤再洗。再洗后的矸石排入矸石仓，最终中煤提升到锚链，经皮带运输至分级筛，分成不同的产品，然后入中煤仓，筛下物进入锅炉仓。主要设备包括：振动筛（洗末脱水分级）、跳汰机（原料煤泥洗选加工）、渣浆泵、分级筛。浮选车间工艺流程：本厂的浮选系统主要是对-0.5mm 的煤泥进行回收。首先捞抗的溢流进入缓冲水池，通过缓冲泵给入矿浆准备器。经过矿浆准备器的加药和充分的接触后，入浮选机进行分选。主要设备包括：浮选机（煤泥回收）、缓冲泵（为浮选机供料）、矿浆准备器（使煤泥和药剂混合）。压滤车间：压滤车间的主要任务是把煤泥和水的分离开来，煤泥浆从选煤车间进入到压滤车间，由压滤机交替使用对煤泥浆进行处理，同时渣浆泵为压滤机不停的给供药剂。精矿通过管道由精矿泵将浮选精矿给入加压过滤机进行脱水， 过滤水又返回缓冲水池形成一个闭路小循环。浮选尾矿直接通过尾矿槽流入浓缩池，进行浓缩，浓缩底流通过泵给入压滤进行尾煤脱水，溢流进入循环水池供跳汰系统循环使用。进入压滤的浓缩底流先给入进行搅拌，然后由泵分别给入压滤机，进行压滤脱水，滤液进入滤液池，由泵打入浓缩池形成闭路循环。提取出来的煤泥再加综合利用，这样使得煤炭资源的利用率提高了，同时也起到了保护环境的作用。符合资源综合利用的理论。 主要设备包括：脱水机（煤泥脱水）、刮板机（煤泥运输）、渣浆泵（为压滤机供料）、压滤机（回收煤泥）和浓缩机（尾煤脱水）。 2.4陶一矿洗煤厂煤泥水处理煤泥水主要来自主厂房。正常情况，由主厂房排出的生产废水，经管道进入浓缩系统，利用四个浓缩机保证煤泥水不外排。浓缩机溢流进入循环水池，并由循环水泵加压进入生产洗水系统，浓缩机底流进入压滤机，滤液返回浓缩机。选煤厂生产废水全部经浓缩机浓缩净化后复用，全厂生产洗水系统闭路循环，不排放生产废水。厂房内的跑、冒、滴、漏、放、冲洗地板水及少量的设备故障放水，全部由泵送至浓缩机处理。处理后的浓缩机溢流水返回系统内循环使用，底流入压滤机处理。选煤厂所采用的煤泥水处理工艺，可以保证煤泥水在系统正常运转和发生故障事故排放时均能不向外排放，闭路循环使用。3 煤泥水介绍3.1煤泥水概况煤泥水是指煤炭在分选加工过程中所产生的介质用水，是煤矿湿法洗煤加工工艺的工业尾水，其中含有大量的煤泥和泥砂，给矿区附近的环境造成了严重的污染，煤泥水已是煤炭工业的主要污染源之一，越来越受到人们的重视。煤泥水处理和煤炭的洗选加工密切相关，随着对选煤产品的要求愈加严格、选煤工艺的愈加复杂、选煤厂的大型化愈加明显，以及水资源的愈加珍贵和环境保护标准的愈加苛刻，煤泥水处理已经变成了整个选煤工艺中涉及面最广、投资最大、最复杂、最难管理的工艺环节。煤泥水特别稳定，悬浮物浓度和COD浓度都很高，而且颗粒表面带有较强的负电荷，静置几个月也不会自然沉降，因此处理非常困难，煤泥水必须实现厂内循环再利用。煤矿煤泥水的直接排放，不仅严重地污染了周围的环境，而且还会造成大量煤泥的流失。如果煤泥水经适当处理后回用于洗煤，不仅解决了环境污染问题，而且还会为企业带来显著的经济效益，其中包括回收煤泥所得和节省洗煤用水的水费和免交的排污费。3.2煤泥水的产生湿法选煤需要大量的水, 以跳汰洗煤为例, 每入选1t原煤约需 35m³ 循环水，还需补加部分清水。而这些水经过洗选过程后就含有了大量的细小颗粒，通常把这种含有粒径小于1mm的悬浮粒子的洗煤水叫煤泥水，也叫洗煤废水。 煤泥水有两种，一种是煤质较好的原煤洗选所产生的煤泥水，这类废水所含的颗粒粒度较大,浓度较低，处理相对比较容易。另一种是高泥质原煤洗选所产生的煤泥水，这类废水悬浮物浓度高，颗粒细小，且表面带有较强的负电荷，是一种稳定的胶体体系，难于处理。我国有相当数量的原煤是年轻煤种，属于高泥质化原煤,洗选所产生的煤泥水浓度高，处理难度大。3.3煤泥水污染特性煤泥水是原煤洗选加工过程中产生的废水，其主要污染物是煤和泥岩粉末及其水解后形成的悬浮物以及少量的金属离子和有机药剂等。煤泥水的污染主要表现在以下几个方面：(1) 煤泥水中悬浮物浓度较高，一般达 900040000mg/L，超过国家规定的排放标准的20130倍，使其被污染的水体呈黑色，降低水的透明度，影响水生动植物光合作用，同时造成水域的景观污染。(2)煤泥水中的溶解物种类繁多，各厂均不相同，同时煤炭颗粒和灰煤泥水分中含有一些金属离子，洗选后有部分金属离子进入煤泥水中。中溶解的大量金属离子对地表水和地下水造成污染。(3)当煤泥水中含油量增加，水表面膜厚度达到 1×104cm 时，就影响水的再充氧，同时对水生动植物产生不利影响。(4)浮选法选煤过程中添加的各种选矿药剂，有些具有一定毒性，煤泥水中残余的浮选药剂将给环境带来危害。3.4煤泥水煤泥水治理目标煤泥水治理的目标就是泥水分离。采用工业上成熟的固液分离技术，从煤泥水中分离、回收不同品质的细粒产品和适合选煤厂循环的用水做到洗水闭路循环; 在煤泥水必须排放时能符合环境保护的排放要求，不污染环境。4 煤泥水处理方法与种类4.1煤泥水的性质及其对选煤工艺的影响4.1.1循环水浓度对洗选效果的影响 循环水浓度增加后，介质粘度增加，介质对沉淀物质的阻力也增加。在跳汰过程中，这就将使较细粒级煤泥的分选效率随之降低。双鸭山选煤厂的生产资料表明，当洗水浓度从35克/升增加到105克/升时，跳汰分选下限从60网目增大40网目。某选煤厂循环水浓度从250300克/升降3克/升后，细粒精煤和矸石灰分变化。可见，降低循环水浓度有利于降低洗选下限，改善细粒级的分选效果。一般认为，循环水的浓度以40100克/升为宜。有人建议，含粘土质多的煤泥循环水浓度应以50克/升为宜；含粘土质少的煤泥循环水浓度以80克/升为宜，最多不能超过120克/升。应当记住，循环水浓度升高，对细粒级的分选是极为不利的。 4.1.2循环水浓度对分级、脱水工作的影响 由于介质粘度随循环水的浓度增加，所以循环水浓度增高必然使捞坑等分级效果恶化，介质粘度增加的结果是使沉淀物所受到的阻力增加，导致捞坑分级粒度变粗。同时，水介质粘度增大后，在捞坑中容易发生蓬拱现象，严重威胁安全生产，使分级效果进一步恶化，出现大量跑粗现象。高浓度的循环水，尤其是受粘土泥质严重污染的循环水，还将严重地污染精煤，特别是对细粒精煤污染更大，也增加了精煤脱水脱泥的困难，使精煤的水分、灰分都增高。4.1.3循环水浓度增加给选煤工艺带来的严重后果 由于循环水增高能使跳汰分选下限变粗，精煤污染增加，澄清浓缩、分级设备发生跑粗现象，这将给选煤工艺带来严重后果。 （1）跳汰分选下限变大，也就是提高了浮选的粒度上限。这样，除了增加煤泥水系统的负荷之外，给浮选本身也带来许多困难，增加了费用。而且未经分选的粗煤泥混入精煤后，使精煤灰分增高。 （2）由于部分未能分选的粗煤泥和细粒泥质的污染，使得脱泥作业成为必不可少的工序。为了抵消由于煤泥污染而发生精煤灰分的增加，在跳汰操作中必然会降低分选比重，这样就增加了轻比重物在中煤、矸石中的损失，降低了精煤的回收率。 （3）由于循环水浓度大，造成澄清、分级、浓缩设备的分级不良，捞坑、角锥沉淀池的溢流进入大面积浓缩机后，只有粗的和较粗的煤粒沉淀较快，细粒很难沉，这就丧失了对煤泥水中细颗粒的处理机会，这部分细粒在系统中形成恶性循环。 粗粒含量多的煤泥水在浓缩机中常发生压耙子、堵管道故障；在过滤机中不上煤饼；在浮选中将发生尾煤跑粗，增加尾煤损失。可见，跑粗对煤泥水系统工作的干扰是很严重的。4.2粗颗粒煤泥水的处理4.2.1分级的实质 分级是在水介质中进行的，颗粒在水介质中的自由沉降速度可按斯托克斯公式求。4.2.1分级原理 分散体系的煤泥水沉降可用在层流状态下的斯托克斯公式来描述，分级设备中的沉降分离过程，一般可引用海伦模型。该模型假定：煤泥水的颗粒和流动速度在整个水池断面上是均匀分布的，并保持不变。悬浮液在分级设备中流动是理想的缓慢流动，颗粒只要一离开流动层，就认为已经成为沉物。该模型又称浅池原理。在实际生产中，分级工作是一个连续的过程。物料由一端给入，溢流由另一端排出，沉物则由下部排出。 4.2.2常用的分级设备(1) 角锥沉淀池角锥沉淀池由若干个并列的底部为角锥形的钢筋混凝土容器组成，各分级室之间及其内部无隔板，角锥底部的倾角为65°70°，角锥池一端人料，另一端为溢流端，沉物沉到锥底，锥底装有闸门以便排卸沉淀物料。煤泥水的入料方式有并联和串联两种，当以串联方式给料时，入料端底流排放物粒度组成较粗，出料端底流排放量小且粒度组成较细；当以并联方式给料时，底流物的质量没有差别。若要获得不同粒度的产品时，可选择串联给料方式。但当给料量一定时，采用串联给料方式，会使液流在角锥池中的流速较大，这对分级不利，所以选煤厂实际生产中多用并联给料。图4-1 角锥沉淀池角锥沉淀池对入料的浓度和粒度都有一定的限制，较理想的入料浓度是 100150gL，入料粒度一般为01mm根据现场试验，得出了关于角锥池的一组经验数据： 当要求分级粒度为0.3mm，入料的固体含量为50gL 时，其单位负荷不应超过 15m³(m²h)；人料的固体含量为 150gL 时，单位负荷不应超过9.5m³(m²h)；固体含量为 200gL 时，单位负荷不应超过 8m³(m²h)；而固体含量为250gL 时，单位负荷不应超过7m³(m²h)。由此可看出，入料浓度对角锥池的工作效果影响较大。角锥池的溢流自动排出，其底流由阀门靠人工控制排放，有时为了防止堵塞底流排放管路，需在其管路的侧壁接清水管或压缩空气管。由于人工控制底流排放阀门，所以分级粒度难以掌握。这是角锥分级设备的一大缺陷，应研制根据粒度检测来自动排料的装置。(2) 斗子捞坑 捞坑通常为方锥形或圆锥形钢筋混凝土结构，锥壁倾角为 60°70°，由中心或单侧给料，从周边或旁侧流出溢流。广泛采用的是中心给料周边溢流的方式。锥形容器中安有一台斗子提升机，用它来排出沉淀物，排出沉物的同时,还对物料有脱水的作用。沉淀物进入斗子的方式有三种：喂入式、挖掘式和半喂入式。喂入式的斗子提升机位于捞坑倒锥之外；挖掘式的斗子提升机置于捞坑之中；而半喂入式介于上面两者之间，吸取了前两种形式的优点，机尾在捞坑外部，但斗子位于捞坑之内。半喂入式既避免了检修斗子提升机时的不便，又避免了物料在池内堆积的缺点。因此，实际中以第二种形式应用最多。图4-2 斗子捞坑中斗子的给料方式(a)喂入式；(b)半喂入式；（c）挖掘式1入料； 2溢流它的适应能力较强，入料的粒度范围宽，一般为 050mm。但有时为了提高捞坑的分级精度，应尽量缩小捞坑入料的粒度范围，实际捞坑的入料粒度以 013mm多见。捞坑的分级粒度一般为 0.20.5mm。斗子捞坑的工作原理同角锥沉淀池一样，都是借重力作用实现颗粒沉淀的。但是，斗子捞坑中颗粒沉淀的条件与角锥沉淀池不同，一是煤泥在斗子捞坑中将随同较粗精煤颗粒(如613mm)一起沉淀，这对较细颗粒的沉淀有利；二是沉淀物及时用斗子提升机从捞坑中排出，不受人为因素的影响。所以它的沉淀与排料条件都比角锥沉淀池理想。这也正是斗子捞坑的分级效率比角锥沉淀池分级效率高的原因。为了保证捞坑的分级效果，入料处应设缓冲套简，以减小入料的流速对分级设备流动层的影响。锥壁若不光滑，其上容易“挂腊”。严重时捞坑“棚拱” ，导致捞坑不能正常工作。为了防止“挂腊”，捞坑的锥壁最好铺瓷砖。 (3) 倾斜板分级设备 通常，自然沉淀设备的面积均较大。如能提高设备的处理能力，缩小设备的体积，则可减少基建费用。由于分级设备是利用浅池原理进行工作的，物料在池中的沉降分级与池深无关。因此，为了提高设备的单位面积处理量，应该充分利用池深。在分级沉淀设备中，加设一组倾斜放置的沉淀板面，即倾斜板装置，可提高分级沉淀设备的处理能力。倾斜板的安装可以缩短颗粒的沉降距离，减少沉降时间，增大分级设备的沉淀面积，使沉淀好的物料顺利排出。 图4-3 倾斜板沉降示意图 倾斜板的安装角度 a=50°60°，a越小越有利于增大沉淀面积，但不利于沉淀后煤泥的排出。选煤厂倾斜板的实际安装角度多采用 60°。倾斜板的层数增多，也有利于增加沉淀面积。层数越多则板间距越小，过小的板间距，会使水流的流动对沉物的沉淀及排放产生干扰。板间距一般可取100150mm。 制作倾斜板的材料必须是质轻、平整光滑且耐磨、耐腐。最好采用质轻的乙烯树脂板，也可采用塑料板、不锈钢或铁板。用铁板时，必须涂上耐磨、耐腐蚀的涂料。 （1）倾斜板的入料形式有三种，即上向流、下向流和横向流。 图4-4 倾斜板的入料类型(a)上向流(b)下向流(c)横向流 上向流煤泥水由下部给入，溢流由上部排出，沉物由下部排出。特点：液流运动方向与沉物运动方向相反，故液流对已沉积在板表面上的物料有干扰作用，粗颗粒先沉到板的下部，不易下滑的细颗粒沉在板的上部，这些细颗粒沉淀物易被上升流带走。另外，上升流还会对沉淀物的滑落有阻滞作用。但上向流的有效沉淀面积最大。 下向流煤泥水从上部给入，沉物由下部排出，溢流由下部排出。特点：入料及沉物运动方向相同，对沉淀有利，细颗粒沉在板的下部，粗颗粒沉在上部， 对沉物排放有利，但把沉物和溢流很好地分开比较困难。 横向流其入料是一侧给人，沉物由下部排出，另一侧出溢流。特点：液流方向与沉淀物排出方向有一定夹角，液流对沉淀物的干扰作用较小，产物的排出也易于实现。 （2）倾斜板沉淀槽 倾斜板沉淀槽是以倾斜板为主要工作部件的煤泥水分级设备。槽体是一个斜方体的容器，下部接两个作收集和排放沉淀物用的倒锥体。 （3）圆锥形倾斜板沉淀池 倾斜板沉淀槽的单位面积处理量虽较大，但单台体积小，单台的处理量也小。在大型选煤厂中，由于煤泥水量大，致使需要的台数很多，从而造成物料收集、排放管路复杂。因此，倾斜板沉淀槽的应用面并不广。为了充分发挥倾斜板沉淀设备体积小、效率高、配置灵活、投资省等优点，应该寻找新结构的倾斜板沉淀设备，圆锥形倾斜板沉淀池即是一种新型的倾斜板装置。（4）倾斜板装置的设计 由于倾斜板设计安装都很容易实现，所以它可以应用到很多分级设备中去，以补充原分级设备的面积不足。倾斜板的设计，一般包括如下几个方面的内容：1）决定采用倾斜板的形式。2）确定分级粒度颗粒的下沉速度。如在原有设备中加设倾斜板，则应算出原设备分级粒度颗粒的下沉速度，亦即沉淀设备的单位面积负荷。3）计算上述分级粒度下限，应采用的沉淀面积；或保持相同沉降效果时新的沉淀面积。4）计算所需倾斜板面积，并决定倾斜板的安装角度。5）决定每块倾斜板的长宽及放置距离。4.2.3常用粗煤泥回收流程 以上介绍了具有不同特点的水力分级设备，实际上水力分级设备是组成粗煤泥回收流程的主要设备。而粗煤泥回收又是选煤厂的重要组成部分。其任务是：分选后的产物进行脱水；回收质量合格的精煤，使之不进入煤泥水中；排除没有得到分选的细粒物料，使其进入后续作业再处理。 常用的粗煤泥回收流程(1) 脱水筛-斗子捞坑粗煤泥回收流程脱水筛 筛孔常为13mm，捞坑回收的粗煤泥经脱泥筛和离心脱水机两次脱水,成为最终产品。捞坑的溢流去细煤泥回收系统。图4-5 脱水筛斗子捞坑粗煤泥回收流程 流程特点：管理方便，使用可靠，经验丰富，应用较广；能很好地保证浮选的入料上限，但局部有循环量。适用范围：适用于主选设备分选下限较低时，若分选下限高，将污染精煤质量；不适于细粒煤泥含量大的情况。主要是由于脱泥筛的脱泥效率较低的缘故。 （2）双层脱水筛-角锥池粗煤泥回收流程 双层筛的上层孔径为 13mm 或 25mm，下层孔径为 3mm、1mm、0.5mm。角锥池作为粗煤泥回收设备。 图4-6 双层脱水筛一角锥池粗煤泥回收流程 流程特点：进入角锥的物料量较少，对分级有利；高灰细泥对精煤的污染较小，主要是因为进入下层筛的水量大，易将筛网上物料表面的细泥冲走，从 而提高了脱泥效率；能很好地保证浮选入料上限，但局部仍有循环量。 适用范围：该流程适用于细泥含量大，且灰分较高的情况。 (3) 斗子捞坑-双层脱水筛粗煤泥回收流程 双层脱水筛的孔径同上。图4-7 斗子捞坑双层脱水筛粗煤泥回收流程流程特点：主选设备的轻产物全部进入捞坑，流程简单，设备少；捞坑 人料量大，分级精度低，对精煤有一定污染，当主选设备分选下限高时，污染更 严重；由于捞坑捞起物进入双层脱水筛，导致双层筛的脱泥效率低，污染精煤。适用范围：适用于轻产物含量少，煤泥含量低，且灰分不高的情况。如很多 选煤厂的矸石再洗工艺，正是该流程的典型代表。 (4) 脱水筛-电磁振动旋流筛粗煤泥回收流程该流程与脱水筛-斗子捞坑粗煤泥回收流程相似，只是把斗子捞坑换成了电磁振动旋流筛。 图4-8 脱水筛电磁振动旋流筛粗煤泥回收流程流程特点：旋流筛占地面积小，处理量大,分级准确；旋流筛分级的同 时，还有脱水降灰作用。 适用范围：适用于处理量不大的中、小型选煤厂。 (5) 离心筛分器-高频筛粗煤泥回收流程 该流程用煤泥离心筛分器作为水力分级设备，用高频筛作为脱水设备。图4-9 离心筛分器高频筛粗煤泥回收流程流程特点：流程简单，设备少；本身体积小，处理量大，分级准确；能减小高灰细泥对精煤的污染；能有效地防止粗颗粒物料进入下一道工序。 适用范围：适用于处理量不大的中、小型选煤厂。 (6) 脱水筛-捞坑-旋流器粗煤泥回收流程该流程与脱水筛-斗子捞坑粗煤泥回收流程相似，增加了粗煤泥回收旋流器。图4-10 脱水筛一捞坑一旋流器粗煤泥回收流程流程特点：系统中循环煤泥量极少，能防止细泥积聚；能有效地防止粗 颗粒物料进入下一道工序。 适用范围：可用于离心机筛缝较宽、浮选人料上限要求较严的选煤厂。具体采用哪种粗煤泥回收流程，取决于煤泥性质、精煤质量要求和精煤数量等条件。在选煤厂的实际工作中应具体问题具体分析。4.3细颗粒煤泥水的处理 所谓细颗粒煤泥水就是那些水力分级设备产生的溢流。这部分煤泥水处理的 原则流程有三种形式：浓缩浮选流程、直接浮选流程和半直接浮选流程。浓缩浮选流程特点是全部煤泥水，包括分级设备的溢流、回收粗煤泥的旋流器溢流、煤泥回收筛筛下水及离心机的离心液等，均进入浓缩设备进行浓缩。浓缩的溢流作循环水，其底流经稀释后作为浮选人料，浮选尾矿或排出厂外废弃，或凝聚后澄清复用。为了防止粗粒物料进入浮选，常将煤泥回收筛的筛下水及离心机的离心液返回原分级设备，进行再分级。直接浮选流程的优点可概括为：a取消了浓缩作业，流程简化；b彻底解决了煤泥在系统中的循环，对主选作业有利；c煤泥与水的接触时间缩短，使煤泥的可浮性和选择性提高；d加强区的作业管理，可实现清水选煤。直接浮选流程的优点是从根本上解决了循环水中细颗粒煤泥的循环、积累问题，保证了循环水的浓度，为选煤厂各作业创造了良好的工作条件。但是，它也存在一些问题，例如循环水用量受煤泥水（即浮选原矿）浓度的限制；因为要处理浓度低而容积很大的全部煤泥水，往往需要较多的浮选，过滤设备，因而在经济上可能是不合算的等等。 4.3.1 浓缩浮选流程 (1) 沉降试验及沉降曲线a沉降试验将一定浓度的煤泥水装入量筒中，经过均匀搅拌并静止后进行观察。其沉降过程见下图图4-11 量筒沉降过程A澄清区；B沉降区；c过渡区；D压缩区在沉降开始时，整个悬浮液浓度均匀，如图中的量筒1。沉降开始后，悬浮液中的固体颗粒以其沉降末速进行沉降，颗粒越大沉降越快，并逐渐堆积在容器的底部。因此，底部悬浮固体密度增大，如量筒2中的D区，称为压缩区。同时，量筒的上部出现澄清区A。澄清区的下部是沉降区，称作B区。该区的浓度和开始沉降时的悬浮液浓度相同。沉降区和压缩区之间没有明显的界限，中间存在一个过渡区C。随着沉降时间的增长，A区和D区逐渐增加，B区则逐渐减小直到消失。B区消失后，过渡区C也随之消失，只剩下澄清区A和压缩区D，如图中的量筒5。再过一段时间，压缩区的煤泥由于重力挤压作用，其高度还要继续减小，澄清区继续扩大。B区消失时的点称为临界点。b沉降曲线根据沉降试验，每隔一定时间，记录澄清的高度。以沉降时间为横坐标，澄清区高度为纵坐标，作出沉降时间与澄清区高度的关系曲线，如下图所示，称为沉降曲线。沉降曲线一般由三段组成。第一段和第三段为直线，而中间段为曲线。第一段如图中AB段，表明悬浮液在沉降区是等速沉降，直线的斜率越大，沉降速度越快；而后，曲线的斜率减小，并且是个渐变过程，曲线呈弯曲状，如BC段，主要因为悬浮液浓度渐增，沉降速度减小。第三段CD为斜率很小的直线，已属沉淀物被压缩的阶段，压缩区的高浓度浆体在上面的压力作用下，逐渐把存于颗粒间的部分水向上压挤出去，压缩区的体积逐渐缩小，直到过程终止。图4-12 沉降曲线1煤泥水浓度25gL；2煤泥水浓度10gL；3煤泥水浓度50gLAB段和CD段延长线夹角的分角线与曲线的交点P称为临界点。在达到临界点之前，即沉降时间小于t1时，沉降区存在，接近t1时沉降区迅速消失，沉降速度减慢。沉降时间大于t1时，即达临界点以后，澄清区与压缩区相连。沉降区消失的瞬时，压缩区致密程度稍差，空隙较多，所以开始时的压缩区沉降速